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1、基于AIS的船舶避碰数据采集系统设计摘要 AIS ( Automatic Identification System)是工作在VHF海上频段的船舶和岸基广播数据传输系统。它是一种可在船与船之间以及船与岸之间交换数字信息的工具。本文首先对AIS及基于AIS船舶避碰系统进行简介，对AIS的基本组成、基本功能，AIS的工作过程、通信协议、技术标准、本课题国内外研究动态等进行综述。研究了基于AIS的船舶数据采集系统，从静态信息：船长及宽度、船舶类别及AIS定位仪天线在船舶所处位置等；动态信息：精确及完整的船舶位置对地航线、对地速度、船首向和转向速度等；航行相关信息：船舶吃水、目的地、计划航行路线等；安
2、全相关的短信息：重要的航行警告或重要的气象警告等进行整体的研究及分析。本文先对数据结构进行分析，从本船传感器提取的信息数据主要有DGPS数据、Gyro数据、Log数据等。由DGPS数据可以得到船舶对地航向、对地航速、GPS位置信息。由Gyro数据还可以得到转向率，由Log数据可以得到航速。对这些数据进行滤波处理，可进一步得到更准确、可靠的数据。针对接收到的数据，设计了模块电路：鉴频电路的设计，采用了互感耦合鉴频器。解码电路的设计，用FSK调制解调电路进行说明，并对其相关的原理进行了介绍。采用了C5402DSP芯片，并对它的功能，模块流程图进行了详细的介绍。本文还采用了RS-485接口电路和LC
3、D显示电路的设计。最后还进行软件流程的设计，并编译部分相关的程序。关键词：船舶避碰；AIS；数据采集AbstractAIS (Automatic Identification System) is a work in VHF marine band radio to ships and shore-based data transmission system.It is in between vessels and between vessels and shore exchange of digital information tools.This article first AIS and
4、 AIS-based collision avoidance system profile, the basic components of the AIS, the basic function, AIS of the work process, communication protocols, technical standards, application research of this topic are summarized.Of AIS ship-based data acquisition system, from static information: the captain
5、 and the width of the AIS ship type and ship locator antenna location, etc.; dynamic information: accurate and complete location of the land routes of ships, and ground speed, the bowto speed and steering; navigation information: draft,ships,destination,plannednavigationroutes; security-related shor
6、t message: important navigational warnings or important meteorological warnings to the overall research and analysis.This article first analyzes the structure of the data from the ship sensor information data extracted mainly DGPS data, Gyro Data, Log data.DGPS data can be obtained by the ship-to-gr
7、ound course, ground speed, GPS location information.Data from the Gyro can be turned to the rate of speed by the Log data can be obtained.Filtering of these data, further more accurate and reliable data.For the received data, the design of the module circuit: Kam-frequency circuit design, using a mu
8、tual inductance coupling frequency discriminator.Decoding circuit, with FSK modulation and demodulation circuits are explained, and its related principles were introduced.Used C5402DSP chip, and its function, module flow chart for a detailed description.This article also uses RS-485 interface circui
9、t and the LCD display circuit design.Finally, the software design process, and compile some of the relevant procedures.Keywords: Collision avoidance; AIS; Data Acquisition 目录第1章 绪 论51.1 课题的目的和意义51.2 课题的提出51.3 国内外发展现状51.4 论文的构架6第2章 AIS简介72.1 AIS的由来72.2 AIS的功能72.3 AIS的工作过程72.4 AIS的技术标准及特点82.5 AIS工作模式9
10、2.6 AIS协议数据格式与内容10第3章 数据采集系统方案设计133.1 基于AIS船舶避碰系统的提出133.2基于AIS船舶避碰系统的功能与结构133.2.1 基于AIS船舶避碰系统的功能133.2.2 基于AIS船舶避碰系统的结构143.3数据采集系统方案的设计153.4 DSP芯片模块的设计163.4.1 AIS的关键技术研究163.4.2 船舶避碰系统整体结构设计163.4.3 主要模块划分173.4.4 AIS信息的采集173.4.5 DSP和FPGA的接口设计183.4.6 DSP和FPGA与其他外围电路的接口设计19第4章 模块电路的设计204.1 鉴频电路的设计204.2 F
11、SK调制解调电路的设计214.2.1 基本原理214.2.2 FSK信号调制方式的实现224.2.3 FSK信号解调方法的实现234.3 FSK和DSP接口电路的设计244.4 RS-485接口电路的设计244.4.1 RS-485接口标准概述244.4.2 RS-485的特性及原理244.4.3 RS-485系统调试期间出现的问题254.5 RS485与DSP接口电路设计26第5章 基于AIS船舶避碰系统软件设计275.1.引导程序流程设计275.2 初始化程序设计315.3 DSP运算主程序325.3.1 DSP中断服务子程序325.3.2 接受数据中断服务子程序355.3.3 发送数据中
12、断服务子程序35小结37致谢38l第1章 绪 论1.1 课题的目的和意义船舶自动识别系统(Automatic Identification System，简称AIS )是一种以自组织时分多址为核心技术的船与船，船与岸台之间通信导航系统。船舶自动识别系统工作在海上VHF频段，运用SOTDMA方式发射船舶数据，将本船的信息：海上移动识别码，船名，静态信息及动态信息等，经接口电路转换后送信息处理器，经处理后的信息通过接口电路通过VHF发信机发送到VHF信道，在此信道守听的目标船就可以接受。设置AIS的目的是为了自动船舶识别、避免船舶碰撞、协助目标跟踪、减少话音报告、简化信息交换并提供附加信息以帮助了
13、解船舶交通状况。AIS具有补充现有船舶导航存在的缺陷，减少船舶碰撞事故；提高搜救遇险船舶的速度；增强雷达，船舶交通管理系统的功能。AIS能自动与目标船舶/岸台建立通信，并保证通信的可靠性，帮助船舶有效导航，改善航行安全，增强对覆盖区域船舶的识别和监控；为船舶航行提供新的观测手段。目前，AIS已在越来越多的海船上配置，作为雷达的补充，用作船舶之间避碰和自动交换信息的重要助航工具。AIS作为一项最新技术在最近几年得到迅速发展，由理论研究阶段进入到使用阶段。AIS作为IMO要求必须配备的助航设备，具有很强的信息传输功能，有利于港口交通管理和船舶航行安全。1.2 课题的提出为保证船舶的安全营运，现代航
14、海技术已经得到广泛应用并保持持续快速的发展，如雷达ARPA、AIS、ECDIS的综合运用；基于高精度定位等各类传感器技术的应用；基于网络的本船内部及远程实时或近于实时的监控等等，对防范船舶碰撞、触礁、触浅等海事的发生发挥了重要作用。如何接受并采集到正确的信息数据则成为防范船舶碰撞首当其冲的问题，这也是本文针对这一问题所进行的一系列的研究，并设计相应的方案。基于AIS的船舶避碰数据采集系统设计对驾驶员参考到的数据有着十分重要的意义，因此这个问题的提出并设计对航海有着重大的帮助。1.3 国内外发展现状上个世纪，VHF通信技术被广泛地应用于船舶通信领域。雷达、ARPA具有识别船舶的功能但是由于它们自
15、身的局限性而无法适应现代航运安全的需求；随着计算机技术、数字通信技术以及网络信息技术的飞速发展，AIS的技术基础已经形成，在航运界对助航设备的要求越来越高的情况下，船舶自动识别系统应运而生。船舶自动识别系统首先被用于航海避碰。由于雷达特性的限制，以及不是所有的船都装备有这个设备，因而它首先被用做为一种监视与判断碰撞的危险度的一种方式。获得船舶自动识别系统发送的数据对于船舶避碰非常重要。AIS系统的主要应用领域是船舶避碰和船舶交通管理系统。AIS系统提供了前所未有的船舶标识信息和高实时性的精确的船舶运动参数（船位、对地航向、对地航速以及船首向等）。它与当前的雷达相比具有提供信息量大，实时性好，抗干扰能力强和越障碍传输等优点，是雷达系统的有益补充。从信息技术的角度看，AIS系统可以认为是计算机无线网络技术在航海领域的应用，是信息高速公路向海洋的延伸，是航海技术一项革命性进步。目前研发AIS产品幸运地踏上了四个前所未有的研发我国自主知识产权的航用电子设备的机遇。首先是IMO通过的自2007年7月1日起至2008年7月1日止的AIS设备强制装载规定。这个规定确定了一个相当大的国际、国内市场，同时又因为AIS技术涉及面广、应用多，所以它有带动了一个更大的相关市场群。其次，随着中国经济高速增长，建立了较好的信息产业基础和资本累积，使我们有条件、有能力开发自主知识产权的船用电
